JP4336173B2 - 光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光偏向器により光源からのレーザ光を像担持体上を走査する光走査装置及びこの光走査装置を備えた画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ等の画像形成装置においては、多面体のミラーであるポリゴンミラーを回転させて光源からのレーザ光を偏向させる光走査装置(光書込み装置）が広く用いられている。光走査装置のポリゴンミラーは、プリント生産性の向上という近来の要求を満たすため、その回転数を増加させる傾向にある。ポリゴンミラーの駆動源はモータであり、回転速度が高くなればなる程、騒音も高くなってしまう。そこで、従来よりポリゴンミラーの部分を防音ガラスで覆うことが提案されている。しかしながら、光走査装置のコストダウンや小型化を促進するために、このような防音ガラスをなくすことも提案されている。しかしながら、モータの回転速度が高くなると、モータの発熱量も高くなり、回転駆動によって発生する風によってポリゴンミラー周辺の樹脂材料製品、例えばｆθレンズを急激に暖めてしまい、変形等の悪影響を与えてしまう可能性がある。また、発生する風も場所毎に風量、風速及び風向きに違いがあり、fθレンズの部位毎の温度に偏りが出てしまうという課題があった。

ところで、複数色の画像を重ねてフルカラー画像形成するタンデム方式の画像形成装置では、各色の画像を形成する感光体毎に光走査装置を設ける必要がある。しかし、ポリゴンミラーやそのモータ等は比較的高価な部品であるため、感光体毎に光走査装置を設けることにより装置の大型化やコストアップが懸念される。このためポリゴンミラーやモータ等によって構成される偏向器を複数の光源で共有して、複数の光源ユニットから出射された光を単一の偏向器で同時に偏向走査することにより、装置の小型化及び低コスト化を図ることを可能とした光走査装置が提供されている（例えば、特許文献１）。このような複数の光源ユニットから出射された光ビームを単一の偏向器で同時に偏向走査するようにした光走査装置では、一対のｆθレンズを偏向器を介して対称的に配置し、光源から出射された光ビームを偏向器を介して対称的な方向に振り分けるようにしているが、ポリゴンモータの回転駆動によって発生する風の方向がポリゴンモータの回転方向に影響を与えるため、対称的に配置したｆθレンズの部位毎に当たる風の方向や量が異なることになる。このためｆθレンズの部位毎に温度に偏りが出てしまい、ｆθレンズの部位毎に熱膨張による変化率に偏りが生じる。このような光走査装置を複数の画像を重ね合わせるカラープリンタに適用した場合、色毎に倍率の異なる画像が形成されることとなり、色ずれが生じると言う課題があった。
そこで、従来より防音例えば特許文献２に記載されているように、ポリゴンミラーの部分を覆うカバーと、ｆθレンズなどの光学レンズを覆うカバーを設けてモータの熱による悪影響を防止することも提案されている。
特開２００２−３６５５７２号公報 特開平９−１０５８８１号公報

しかしながら、カバーを設けることはそれだけ小型化が困難になるばかりでなくコストダウンの要求に答えられないことになる。

本発明はこのような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、光走査装置内での温度変化による光学系の熱膨張率の偏りを抑制し、高画質の画像を提供することにある。

前記目的を達成するため、第１の手段は、光源から出射される光ビームを偏向するための複数の偏向面を有し、回転する光偏向器と、該光偏向器によって偏向された光ビームを被走査面に結像するためのレンズと、を有する光走査装置において、前記光偏向器と前記レンズが設置される基板と、前記光偏向器と前記レンズとの間に設けられ、前記光偏向器によって発生した気流を導くガイド部材と、を備え、前記ガイド部材は、前記基板から鉛直方向に離れるにしたがって前記光偏向器から離れる方向に、所定の間隔をおいてずれて複数配置されていることを特徴とする。

第２の手段は、第１の手段において、前記光源が複数設けられ、前記レンズが、前記光偏向器の回転中心を通り、主走査方向に平行な対称軸に関し線対称の位置に設けられた複数のレンズからなり、前記複数のガイド部材が前記光偏向器と前記各レンズとの間に配置されていることを特徴とする。

第３の手段は、第１または第２の手段において、前記気流が前記レンズが取り付けられた基板から離間する方向に導かれることを特徴とする。

第４の手段は、第１ないし第３のいずれかの手段において、前記ガイド部材には、前記光偏向器と相対する面が前記離間する方向に向かうに従い前記光偏向器から離れる方向にテーパが付けられていることを特徴とする。

第５の手段は、第１ないし第４のいずれかの手段において、前記所定の間隔は光ビームのビーム径以上の間隔であることを特徴とする。

第６の手段は、第２ないし第５のいずれかの手段において、前記複数のガイド部材は、前記回転中心に関し同心円状に配置されていることを特徴とする。

第７の手段は、第１ないし第６のいずれかの手段に係る光走査装置と、記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、を画像形成装置が備えていることを特徴とする。

このように構成すると、ガイド部材が光偏向器の回転駆動によって発生する風を抑制するので、レンズの急激な熱膨張を防止し、レンズで補正された光の倍率変化速度を低減することができる。

また、その結果、多色の画像形成装置では、色ずれを抑制することができる。

以下、図面を参照し、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は本発明の光走査装置に係る光書込み装置の一実施例を示す縦断面図、図２は図１の光書込み装置の基板上面側の構成を示す平面図、図３は図１及び図２の光書込み装置を備えた画像形成装置の一例を示す概略構成図、図４は障壁の配置関係と風の動きを説明するための図である。図１及び図２の光書込み装置を説明する前に、光書込み装置を備えた画像形成装置の概要を図３により説明する。図３に示す画像形成装置は、フルカラーの画像をを形成するタンデム方式の画像形成装置の場合を例にとっており、複数の像担持体である感光体ドラム１，２，３，４が並置されている。これら４つの感光体ドラム１，２，３，４は、例えば図面において右から順にイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の各色に対応した画像を形成するものである。この色の順は任意に設定することができる。これら４つの感光体ドラム１，２，３，４の各々の周囲には、電子写真プロセスにより画像形成を行うための、帯電ローラや帯電ブラシあるいは帯電チャージャ等で構成された帯電部６，７，８，９と、光書込み装置５からの光ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の露光部と、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの各色の現像装置で構成された現像部１０，１１，１２，１３と、転写搬送ベルト２２ａ及びその裏面に配設された転写ローラや転写ブラシ等で構成された転写部１４，１５，１６，１７を備えた転写搬送装置２２と、クリーニングブレード、クリーニングブラシ等で構成されたクリーニング部１８，１９，２０，２１等が配置されており、それぞれの感光体ドラム１，２，３，４に各色の画像形成を行うことができるようになっている。

光書込み装置５は、４つの感光体ドラム１，２，３，４が並設された作像部の斜め上方に配置され、ハウジング側の主基準ピンＰａ、従基準ピンＰｂにより画像形成装置の本体フレーム２９に位置決め固定されている。光書込み装置５は、４つの光源ユニット５２，５３，５４，５５と、これら各光源ユニットからの光ビームを対称な２方向に振り分けて偏向走査する光偏向手段としての光偏向器６２と、この光偏向器６２を中心にして２方向に対称に配設され、光偏向器６２により偏向される複数の光ビームをそれぞれ対応する感光体ドラム１，２，３，４の被走査面上に導き、結像するためのｆθレンズ６３，６４、結像用レンズ６９，７０，７１，７２、光路折り返し用のミラー６５，６６，６７，６８，７３，７４，７５，７６，７７，７８，７９，８０等の光学部材で構成された伝達・結像光学系を備えており、これらの構成要素はハウジング５０内に収納されている。ハウジング５０は、光偏向器６２や伝達・結像光学系が配設される基板５０Ａと、基板５０Ａの周囲を囲む枠状の側壁５０Ｂとを有するとともに、基板５０Ａが側壁５０Ｂの略中央に設けられてハウジング５０を上下に仕切る構造になっている。４つの光源ユニット５２，５３，５４，５５はハウジング５０の側壁５０Ｂに配置され、光偏向器６２はハウジング５０の基板５０Ａの略中央部に配置され、光学系を構成する上述した光学部材は基板５０Ａの両面すなわち上下面側に分けて配設されている。ハウジング５０の上部と下部にはカバー８７，８８が設けられており、下部側のカバー８７には光ビームを通過させるための開口が設けられ、それらの開口には防塵ガラス８３，８４，８５，８６が取り付けられている。

光書込み装置５は、原稿読取装置(図示しない）やパーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、ファクシミリの受信部等の画像データ出力装置から入力される色分解された画像データを光源駆動用の信号に変換し、それに従い各光源ユニット５２，５３，５４，５５から出射された光ビームは、面倒れ補正用のシリンドリカルレンズ５６，５７，５８，５９を通り、直接あるいはミラー６０，６１を介して光偏向器６２に至り、ポリゴンミラー６２ａ，６２ｂで２ビームずつ対称的な２方向に偏向走査される。なお、図１に示す構造ではポリゴンミラーは、Ｌ２，Ｌ３の光ビーム用と、Ｌ１，Ｌ４の光ビーム用の上下２段に分けた構造になっているが、１つの軸方向に厚いポリゴンミラーで、４つの光ビームを偏向走査する構成にしてもよい。光偏向器６２のポリゴンミラー６２ａ，６２ｂで２ビームずつ２方向に偏向走査された光ビームは、第１の結像用レンズであり、上下２層構造のｆθレンズ６３，６４をそれぞれ通過し、第１の折り返しミラー６５，６６，６７，６８により折り返され、基板５０Ａの開口部を通過した後、例えば長尺トロイダルレンズから構成された第２の結像用レンズ６９，７０，７１，７２を通過し、第２の折り返しミラー７３，７５，７７，７９、第３の折り返しミラー７４，７６，７８，８０、防塵ガラス８３，８４，８５，８６を介して各色用の感光体ドラム１，２，３，４の被走査面上に照射され、静電潜像を書き込む。

光書込み装置５の４つの５２，５３，５４，５５は、図示していないが、それぞれ光源である半導体レーザ（ＬＤ）と、その半導体レーザの出射光束をコリメートするコリメートレンズから構成され、これらがホルダに一体に組み込まれた構造になっている。さらに、４つの光ビームの光路には、主走査方向の走査開始位置の光束を取り出すための図示しない同期検知用ミラーが設けられており、同期検知用ミラーで反射された光束は、同期検知器８１，８２で受光されて走査開始の同期信号が出力される。

光偏向器６２によって偏向走査される光ビームの走査方向は主走査方向であり、これは各感光体ドラム１〜４の軸方向である。また、この主走査方向に直交する方向が副走査方向であり、これは感光体ドラム１〜４の回転方向であり、さらには後述する転写搬送ベルト２２ａの搬送方向である。すなわち、転写搬送ベルト２２ａの幅方向が主走査方向、搬送方向が副走査方向となる。図３に示すように、並設された４つの感光体ドラム１，２，３，４の下には駆動ローラと複数の従動ローラに張架された転写搬送ベルト２２ａが配設されており、駆動ローラに図２に矢印で示す方向に搬送されている。また、画像形成装置の本体下部には、記録用紙等の転写材を収納した複数の給紙部２３，２４が設置されており、この給紙部２３，２４に収納された転写材が、給紙ローラ、搬送ローラ、レジストローラ２５を介して転写搬送ベルト２２ａに給紙され、転写搬送ベルト２２ａにより担持され搬送される。光書込み装置５により各感光体ドラム１，２，３，４に形成された各潜像は、各現像部１０，１１，１２，１３のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋの各色のトナーで現像されて顕像化され、顕像化されたＹ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋの各色のトナー画像は、転写搬送装置２２の各転写部１４．１５，１６，１７により転写搬送ベルト２２ａ上に担持された転写材に順次重ね合わせて転写される。そして、４色の画像が転写された転写材は定着装置２６に搬送され、画像を定着した後、排紙ローラ２７により排紙トレイ２８上に排出される。

図１及び図２に示すように、光書込み装置５の光偏向器６２とｆθレンズ６３の間及び光偏向器６２とｆθレンズ６４との間の基板５０Ａ上には、それぞれ示すようポリゴンミラー６２ａ，６２ｂからｆθレンズ６３及び６４に向けて反射された光ビームを妨げることがないように障壁１０７が配設されている。この障壁１０７は、ポリゴンミラー６２ａ，６２ｂの回転によって巻き起こされる風がｆθレンズ６３，６４にあたる量を減らすガイドであって、ポリゴンミラー６２ａ，６２ｂの中心軸と同心円上に弧を描くように配置された３条の帯状体によって、下部障壁１０７ａ、中部障壁１０７ｂそして上部障壁１０７ｃが構成されている。図４に示すように、これら下部障壁１０７ａ、中部障壁１０７ｂ、上部障壁１０７ｃは、その断面が矩形であり、かつポリゴンミラー６２ａ，６２ｂの光軸の鉛直方向に間隔αを置いて配設され、この間隔αがポリゴンミラー６２ａ，６２ｂで反射された光ビームをｆθレンズ６３あるいは６４に到達させるための間隙となる。この間隔αは少なくとも光ビームのビーム径以上に設定されている。ただし、ポリゴンミラーの径や速度により風量が異なってくるので、最大幅は前記間隔αから風がｆθレンズ６４側に至る風量を考慮した実験結果に基づいて設定される。下部障壁１０７ａ、中部障壁１０７ｂ、上部障壁１０７ｃは、またポリゴンミラー６２ａ，６２ｂの光軸の水平方向にそれぞれずらすことにより段差が形成されている。なお、下部障壁１０７ａは基板５０Ａ上に固定され、中部障壁１０７ｂと上部障壁１０７ｃは、その両端部を適当な支柱（図示しない）により基板５０Ａに支持されている。

このように構成された障壁１０７を配設することにより、ポリゴンミラー６２ａ，６２ｂが巻き起こした風のうち下部障壁１０７ａに当たる風は、渦を巻きながら上方へと流れる。またポリゴンミラー６２ａ，６２ｂが巻き起こした風のうち中部障壁１０７ｂに当たる風は、上下方向に流れようとするが、下方に流れようとする風は下部障壁１０７ａから上方へと流された風により上方へと押し上げられ、上方に流れる。上部障壁１０７ｃに当たる風も、同様の流れが起こり、障壁１０７付近では上昇気流が起こることになる。これによりポリゴンミラー６２ａ，６２ｂが巻き起こした風全てがｆθレンズ６３あるいは６４に直接流れることを防ぐことになる。ポリゴンミラー６２ａ，６２ｂが巻き起こした風の一部は、間隙αからｆθレンズ６３あるいは６４にあたるが、障壁１０７は、ポリゴンミラー６２ａ，６２ｂの中心軸と同心円上にあるため、風はｆθレンズ６３や６４には均一にあたることになる。

このように、ポリゴンミラー６２ａ，６２ｂのモータの回転駆動によって発生する風を均一な流れとすることでfθレンズ６３，６４の各部位で熱膨張率に偏りを抑制することができ、これによってｆθレンズ６３，６４で補正された光の主走査方向の部位毎の倍率のばらつきを抑制することができる。したがって、画像形成送致にあっては、画像品質の向上を図ることができる。

図５は障壁の別の実施例を示すもので、この実施例では前記実施例１と同様に上中下３段に配置された下部障壁１０７ｄ、中部障壁１０７ｅ、上部障壁１０７ｆの光偏向器６２に対向する面にテーパがつけられている。このようにテーパ面を形成することにより、光偏向器６２のポリゴンミラー６２ａ，６２ｂが巻き起こした風を確実に上方へ押し上げることができる。なお、このテーパ面の角度は任意で良いが、０〜４５°程度の角度で十分に効果を発揮することができる。なお、好適には、前述の間隔αと同様に、ポリゴンミラー６２ａ，６２ｂの径や回転速度に応じて実験により最適な角度が選択される。

なお、第１および第２の実施例において、障壁１０７ａ〜１０７ｃは光走査方向に平行に断面したときに、基板５０Ａに対して基板５０Ａから離間した側、すなわち上部に配置されたものほど、ｆθレンズ６４に近接した方向にずれて配置されている。すなわち、隣接する障壁１０７ａ〜１０７ｃ同士には段差が設けられている。これは、風を図４，５において上方に偏向させるためであり、この機能さえ発揮できれば、障壁１０７ａ〜１０７ｃの段差を生じるずれ量を限定するものではないが、ポリゴンミラー６２ａ，６２ｂの径や回転速度に応じて実験により最適な量が選択される。

その他、特に説明しない各部は第１の実施例と同等に構成され、同等に機能する。

図６は画像形成装置が白黒の複写機の場合に使用される光書込み装置に本発明を適用した場合を示す斜視図であう。この実施例３においては、光書込み装置１００は、１つの光源ユニット１０１と、この光源ユニット１０１からの光ビームを偏向走査する光偏向手段としてのポリゴンミラー１０２と、このポリゴンミラー１０２により偏向された光ビームを感光体ドラム（図示しない）の被走査面上に導き、結像するためのｆθレンズ１０３、光路折り返し用のミラー１０４等で構成された伝達・結像光学系を備えており、これらの構成要素はハウジング１１０内に収納されている。なお光源ユニット１０１は、高速書込みを可能とするために、２つ以上の光源（ＬＤ）とコリメートレンズの組合せを備えたマルチビーム構成としてもよい。マルチビーム構成とした場合は、ハウジング５０の側壁５０Ｂの対して光源ユニットを光軸中心に回転可能に構成すれば、副走査方向のビームピッチを調整することができ、白黒画像形成時に画素密度を例えば６００ｄｐｉ、１２００ｄｐｉ等に切り換えることが可能になる。１０５は同期ミラーで、この同期ミラー１０５で反射された端部光は、同期検知板１０６上のフォトダイオード１０６ａ上に決像され、走査ラインの同期に用いられる。

この実施例３においては、ポリゴンミラー１０２からｆθレンズに向かう光ビーム(あるいは光ビーム束）の数は１本であるので、障壁１０７は下部障壁１０７ｇと上部障壁１０７ｈの２つが間隙と段差をもって配設される。

本発明の光走査装置に係る光書込み装置の一実施例を示す縦断面図である。 図１の光書込み装置の基板上面側の構成を示す平面図である。 図１の光書込み装置を備えた画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 障壁の配置関係と風の動きを説明するための図である。 障壁の別の例の配置と風の動きを説明するための図である。 光書込み装置の別の例を示す斜視図である。

符号の説明

１，２，３，４ 感光体ドラム
５ 光書込み装置
１０，１１，１２，１３ 現像部
１４，１５，１６，１７ 転写部
２２ 転写搬送装置
５０Ａ 基板
５２，５３，５４，５５ 光源ユニット
６２ 光偏向器
６２ａ，６２ｂ ポリゴンミラー
６３，６４ ｆθレンズ
１０７ 障壁
１０７ａ，１０７ｄ，１０７ｇ 下部障壁
１０７ｂ，１０７ｅ 中部障壁
１０７ｃ，１０７ｆ，１０７ｈ 上部障壁

Claims (7)

1. 光源から出射される光ビームを偏向するための複数の偏向面を有し、回転する光偏向器と、該光偏向器によって偏向された光ビームを被走査面に結像するためのレンズと、
   を有する光走査装置において、
   前記光偏向器と前記レンズが設置される基板と、
   前記光偏向器と前記レンズとの間に設けられ、前記光偏向器によって発生した気流を導くガイド部材と、
   を備え、
   前記ガイド部材は、前記基板から鉛直方向に離れるにしたがって前記光偏向器から離れる方向に、所定の間隔をおいてずれて複数配置されていること
   を特徴とする光走査装置。
2. 前記光源が複数設けられ、
   前記レンズが、前記光偏向器の回転中心を通り、主走査方向に平行な対称軸に関し線対称の位置に設けられた複数のレンズからなり、
   前記複数のガイド部材が前記光偏向器と前記各レンズとの間にそれぞれ配置されていること
   を特徴とする請求項１記載の光走査装置。
3. 前記気流は前記レンズが取り付けられた基板から離間する方向に導かれることを特徴とする請求項１または２記載の光走査装置。
4. 前記ガイド部材には、前記光偏向器と相対する面が前記離間する方向に向かうに従い前記光偏向器から離れる方向にテーパが付けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光走査装置。
5. 前記所定の間隔は光ビームのビーム径以上の間隔であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光走査装置。
6. 前記複数のガイド部材は、前記回転中心に関し同心円状に配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光走査装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光走査装置と、
   記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、
   を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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